EP0875323A2 - Hartstoffbeschichtung für Messer oder Schneiden - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a hard material coating for knives or Cutting with hard material particles embedded in a matrix material and provided with such a hard material coating Knives and cutting.
  • the one on the opposite side of the sloping side (wade) Have hard material layer.
  • the hard material layer is by means of thermal spray applied in two stages. In the first Stage, the layer is sprayed on and in a second stage sintering (fusion bonding) increases the strength of the layer.
  • the layer consists of a metal matrix and embedded hard materials, especially tungsten carbides.
  • the HV value is for the Carbide hardness two to three times that of the matrix hardness in corresponds approximately to the hardness of the base material in the area of the cutting edge.
  • the in the beginning mentioned hard material coating embedded in the matrix material hard material particles have a diameter of 40 to 100 microns. Grains this size gives the hard coating, even though it is between the hard material particles have areas with much lower hardness, a resulting hardness that corresponds to the hardness of the hard material particles, and therefore a very high wear resistance.
  • the knife or cutting with such a hard material coating have in Area of their cutting edges have a longer service life than knives or Cutting according to the state of the art.
  • the area fraction of the hard material particles is preferably one Diameter from 40 to 100 ⁇ m in the micrograph of the hard material coating at least 30%. This minimum proportion of hard material particles ensures especially if, as stated, the hard material particles are evenly distributed in the matrix material that the areas with Matrix material between the hard material particles are not too big and prevents massive hollowing out of the matrix material between the hard material particles.
  • the hardness of the hard material particles is preferably greater than 1400 HV, so that the total hardness of the hard material coating is roughly the same Hardness value corresponds and one adapted to today's conditions Resistance to wear is given.
  • the hard material particles are preferably carbides, nitrides or oxides, especially tungsten carbides.
  • the matrix material preferably has a hardness of 500 to 800 HV and contains nickel and cobalt or nickel-chromium-silicon compounds. These characteristics for the matrix material are known per se, but are also structural for the present invention Construction to be regarded as advantageous.
  • FIG. 1 shows an example of a chopper knife
  • Fig. 2 is a section along the line I-I in Fig. 1
  • Fig. 3 shows the section corresponding to Fig. 2 of an already used knife with a sufficiently hard coating
  • 3a is the micrograph a section of FIG. 3
  • Fig. 4 shows a section accordingly 2 of a used knife, in which the coating is none has sufficient hardness
  • 4a shows a micrograph of the Section of Fig. 4
  • Figure 4b is a detail from Figure 4a
  • 5 shows a micrograph of a hard material coating according to the invention
  • 6 shows a knife with a hard material coating according to the Invention.
  • the chopping knife consists of a base body 1 made of base material and a hard material coating 2 which has the cutting edge 3. in the The area of the coating 2 is the base material of the base body 1 hardened. 3 shows the wear of the base material of the original contour 4 to the contour 5, which causes the coating 2 protrudes over the base body 1 by the distance 6.
  • 3a shows the protrusion of the coating 2 over the base body 1 in a micrograph.
  • At the forefront of the Coating 2 shows two carbides 7, which wear the Coating 2 resist and thus the entire coating 2 give a hardness that corresponds to that of the carbides.
  • Fig. 4 shows the course of wear on the cutting edge 3 when the Wear resistance of the coating 2 is too low.
  • FIGS. 5 and 6 are a high one Proportion of large, compact carbides 7 embedded in the matrix material 8.
  • the basic material of the knife is designated 9.
  • the hardness of the Coating 2 results from the large carbides lying on the edge 7. If these carbides 7 are worn or broken out, the surrounding matrix material 8 worn away until new Carbide grains 7 come to the surface, which the layer again Issue hardness that corresponds to the hardness of the carbide itself.

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Abstract

Bei einer Hartstoffbeschichtung 2 für Messer oder Schneiden mit in einem Matrixmaterial eingebetteten Hartstoffpartikeln 7 wird vorgeschlagen, daß diese Hartstoffpartikel 7 einen Durchmesser von 40 bis 100 µm aufweisen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Hartstoffbeschichtung für Messer oder Schneiden mit in einem Matrixmaterial eingebetteten, Hartstoffpartikeln sowie mit einer solchen Hartstoffbeschichtung versehene Messer und Schneiden.
Für verschiedene Schneideeinrichtungen bei landwirtschaftlichen Erntemaschinen, insbesondere bei Häckslern, werden heute Messer verwendet, die auf der der schrägen Seite (Wate) gegenüberliegenden Seite eine Hartstoffschicht aufweisen. Die Hartstoffschicht wird mittels thermischem Spritzverfahren in zwei Stufen aufgebracht. In der ersten Stufe wird die Schicht aufgespritzt und in einer zweiten Stufe wird durch Sintern (Schmelzverbinden) die Festigkeit der Schicht erhöht. Die Schicht besteht aus einer Metallmatrix und eingelagerten Hartstoffen, insbesondere Wolframkarbiden. Dabei ist der HV-Wert für die Karbidhärte zwei bis dreimal so groß wie jener der Matrixhärte, die in etwa der Härte des Grundmaterials im Bereich der Schneide entspricht.
Durch den Härteunterschied zwischen der Hartstoffschicht und dem Grundmaterial ergibt sich im Schneideeinsatz ein unterschiedlicher Verschleiß, das weichere Grundmaterial verschleißt schneller als die Beschichtung. Dadurch entsteht durch eine vorstehende Schneidkante der Beschichtung ein sogenannter Selbstschärfeffekt.
Aufgrund der ständig steigenden Leistungsfähigkeit der Maschinen reicht der vorhandene Verschleißwiderstand der Schichten nicht mehr aus. Es wird auch die Schicht verschlissen und steht nicht mehr über das Grundmaterial vor, dadurch kommt es zu einem Abrunden der Schneidspitzen. Es ist also notwendig, den Verschleißwiderstand der Schicht zu erhöhen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die in der eingangs genannten Hartstoffbeschichtung im Matrixmaterial eingebetteten Hartstoffpartikel einen Durchmesser von 40 bis 100 µm aufweisen. Körner dieser Größe verleihen der Hartstoffbeschichtung, obwohl sie zwischen den Hartstoffpartikeln Bereiche mit wesentlich geringerer Härte hat, eine resultierende Härte, die der Härte der Hartstoffpartikel entspricht, und damit einen sehr hohen Verschleifwiderstand. Die Messer bzw. Schneiden mit einer derartigen Hartstoffbeschichtung weisen im Bereich ihrer Schneidkanten höhere Standzeiten auf als Messer bzw. Schneiden gemäß dem Stand der Technik.
Vorzugsweise beträgt der Flächenanteil der Hartstoffpartikel mit einem Durchmesser von 40 bis 100 µm im Schliffbild der Hartstoffbeschichtung mindestens 30%. Dieser Mindestanteil an Hartstoffpartikel sichert insbesondere, wenn, wie vorzugsweise ausgeführt, die Hartstoffpartikel im Matrixmaterial gleichmäßig verteilt sind, daß die Bereiche mit Matrixmaterial zwischen den Hartstoffpartikeln nicht zu groß sind und verhindert damit ein massives Aushöhlen des Matrixmaterials zwischen den Hartstoffpartikeln.
Vorzugsweise ist die Härte der Hartstoffpartikel größer als 1400 HV, so daß die Gesamthärte der Hartstoffbeschichtung in etwa auch diesem Härtewert entspricht und ein den heutigen Bedingungen angepaßter Verschleißwiderstand gegeben ist.
Die Hartstoffpartikel sind vorzugsweise Karbide, Nitride oder Oxide, insbesondere Wolframkarbide.
Vorzugsweise hat das Matrixmaterial eine Härte von 500 bis 800 HV und enthält Nickel und Kobalt oder Nickel-Chrom-Silizium-Verbindungen. Diese Charakteristika für das Matrixmaterial sind an sich bekannt, sind aber auch für den vorliegenden erfindungsgemäßen, strukturellen Aufbau als vorteilhaft anzusehen.
Vorzugsweise ist die erforderliche, optimale Dicke der Hartstoffbeschichtung vom schneidenden Material, vom Anteil und von der Härte der Hartstoffpartikel, der Matrixhärte und der abnutzbaren Beschichtungsbreite abhängig und beträgt bei Häckslern in der Feldfruchternte vorzugsweise:
  • bei Maismessern mindestens 0,1 bis höchstens 0, 2 mm,
  • bei Gras-(und anderen Pflanzen zur Silage)messern mindestens 0,3 bis höchstens 0, 5 mm,
  • bei Gegenschneiden in der Maisernte mindestens 0,6 bis höchstens 1,5 mm.
Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Struktur der Hartstoffbeschichtung mit der bevorzugten Dicke erreichen die mit der Hartstoffbeschichtung versehenen Messer und Schneiden Standzeiten, die für moderne landwirtschaftliche Maschinen bestens geeignet sind.
Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt Fig. 1 ein Beispiel eines Häckselmessers; Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie I-I in Fig. 1; Fig. 3 zeigt den Schnitt entsprechend Fig. 2 eines bereits gebrauchten Messers mit ausreichend harter Beschichtung; Fig. 3a ist das Schliffbild eines Schnittes gemäß Fig. 3; Fig. 4 zeigt einen Schnitt entsprechend der Fig. 2 eines gebrauchten Messers, bei dem die Beschichtung keine ausreichende Härte aufweist; die Fig. 4a zeigt ein Schliffbild des Schnittes aus Fig. 4; Fig. 4b ist ein Detail aus Fig. 4a; die Fig. 5 zeigt ein Schliffbild einer Hartstoffbeschichtung gemäß der Erfindung; die Fig. 6 zeigt ein Messer mit einer Hartstoffbeschichtung gemäß der Erfindung.
Das Häckselmesser besteht aus einem Grundkörper 1 aus Grundmaterial und einer Hartstoffbeschichtung 2, die die Schneidkante 3 aufweist. Im Bereich der Beschichtung 2 ist das Grundmaterial des Grundkörpers 1 gehärtet. In Fig. 3 sieht man den Verschleiß des Grundmaterials von der ursprünglichen Kontur 4 auf die Kontur 5, wodurch die Beschichtung 2 um die Distanz 6 über den Grundkörper 1 vorsteht.
Die Fig. 3a zeigt das Vorstehen der Beschichtung 2 über den Grundkörper 1 in einem Schliffbild. An der vorstehenden Spitze der Beschichtung 2 erkennt man zwei Karbide 7, die dem Verschleiß der Beschicht 2 Widerstand leisten und dadurch der gesamten Beschichtung 2 eine Härte erteilen, die jener der Karbide entspricht.
Die Fig. 4 zeigt den Verschleißverlauf an der Schneidkante 3, wenn der Verschleißwiderstand der Beschichtung 2 zu gering ist.
Die Fig. 4a zeigt diesen Verlag nochmals in einem Schliffbild. In der Fig.4a ist auch ersichtlich, daß in der Beschichtung 2 nur ganz vereinzelt erhaltene kompakte Karbide vorhanden sind. Das Grundmaterial des Grundkörpers 1 und das Matrixmaterial der Beschichtung 2 haben in etwa die gleiche Härte, so daß sich die Schneidkante 3 abrundet.
In der Detailabbildung der Fig. 4b sieht man, daß nur mehr zwei größere Karbide 7 erhalten sind, während sich die anderen in kleine Teile aufgelöst in der Schicht 2 befinden. Die schwarzen Flecken in den Schliffbildern sind Poren.
Deutlich erkennt man die Strukturunterschiede zwischen dem Schliffbild einer Beschichtung des Standes der Technik (Fig. 4a) und den Schliffbildern der Beschichtung gemäß der Erfindung, die in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt ist. In der Beschichtung gemäß Fig. 5 und 6 ist ein hoher Anteil großer kompakter Karbide 7 in das Matrixmaterial 8 eingebettet. Das Grundmaterial des Messers ist mit 9 bezeichnet. Die Härte der Beschichtung 2 ergibt sich aus den am Rand liegenden großen Karbiden 7. Wenn diese Karbide 7 verschlissen oder ausgebrochen sind, wird des umliegende Matrixmaterial 8 durch Verschleiß abgetragen, bis neue Karbidkörner 7 an die Oberfläche treten, die der Schicht wieder die Härte erteilen, die der Härte der Karbide selbst entspricht.

Claims (11)

  1. Hartstoffbeschichtung für Messer oder Schneiden mit in einem Matrixmaterial eingebetteten Hartstoffpartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß diese Hartstoffpartikel (7) einen Durchmesser von 40 bis 100 µm aufweisen.
  2. Hartstoffbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenanteil dieser Hartstoffpartikel (7) mit einem Durchmesser von 40 bis 100 µm im Schliffbild der Hartstoffbeschichtung (2) mindestens 30% beträgt.
  3. Hartstoffbeschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffpartikel (7) mit einem Durchmesser von 40 bis 100 µm im Matrixmaterial (8) gleichmäßig verteilt sind.
  4. Hartstoffbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Hartstoffpartikel (7) größer als 1400 HV ist.
  5. Hartstoffbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffpartikel Karbide, Nitride oder Oxide, vorzugsweise Wolframkarbide, sind.
  6. Hartstoffbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial (8) eine Härte von 500 bis 800 HV hat.
  7. Hartstoffbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (8) Nickel oder Kobalt oder Nickel-Chrom-Silizium-Verbindungen enthält.
  8. Hartstoffbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche, optimale Dicke der Schicht vom zu schneidenden Material, vom Anteil und von der Härte der Hartstoffpartikel, der Matrixhärte und der abnutzbaren Beschichtungsbreite abhängt und bei Häckslern in der Feldfruchternte vorzugsweise beträgt:
    bei Maismessern mindestens 0,1 bis höchstens 0, 2 mm,
    bei Gras-(und anderen Pflanzen zur Silage)messern mindestens 0,3 bis höchstens 0, 5 mm,
    bei Gegenschneiden in der Maisernte mindestens 0,6 bis höchstens 1,5 mm.
  9. Messer bzw. Schneide mit einer Schneidkante, die mit einer Hartstoffbeschichtung aus in einem Matrixmaterial eingebetteten Hartstoffpartikeln versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Matrixmaterial (8) Hartstoffpartikel (7) mit einem Durchmesser von 40 bis 100 µm eingebettet sind.
  10. Messer bzw. Schneide nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenanteil der vorzugsweise gleichmäßig im Matrixmaterial (8) verteilten Hartstoffpartikel (7) (mit einem Durchmesser von 40 bis 100 µm) im Schliffbild der Hartstoffbeschichtung (2) mindestens 30% ist, wobei die Hartstoffpartikel (7) vorzugsweise eine Härte von mindestens 1400 HV haben.
  11. Messer bzw. Schneide nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffpartikel Karbide, Nitride oder Oxide, vorzugsweise Wolframkarbide, sind.
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